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Hubble findet fehlende Materie

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Auch wenn das Universum Milliarden Galaxien enthält, machen sie nur einen kleinen Teil der gesamten Materie aus. Der größte Teil der Materie im Universum, der während und kurz nach dem Urknall erzeugt wurde, muss sich irgendwo anders befinden.

Astronomen sagen, dass sie jetzt, bei einer intensiven Suche im lokalen Universum, auf jeden Fall die Hälfte der fehlenden, normalen Materie, genannt Baryonen, im Raum zwischen den Galaxien gefunden haben. Dieser wichtige Teil des Universums ist bekannt als "Intergalaktisches Medium" oder IGM und er breitet sich grundsätzlich im gesamten Weltraum aus -- vom Raum direkt außerhalb unserer Milchstraße bis hin zu den entferntesten, den Astronomen bekannten Regionen.

Die Frage "wo sich die lokalen Baryonen befinden, und welche Eigenschaften sie haben", wurde mit größerer Sicherheit als jemals zuvor beantwortet.

"Wir denken die Fäden einer netzartigen Struktur zu sehen, die das Rückgrat des Universums bildet", erklärt Mike Shull von der University of Colorado. "Was wir genau bestätigen können ist, dass der intergalaktische Raum, der auf den ersten Blick leer erscheint, tatsächlich ein Lager für die meiste, normale baryonische Materie im Universum ist."

Hubble Beobachtungen, die vor fast zehn Jahren von Todd Tripp und seinen Kollegen gemacht wurden, zeigten zuerst den heißesten Teil der fehlenden Materie im lokalen Universum. Diese Untersuchung wertete spektroskopische Observationen eines Quasars aus, um auf dem Weg zu diesem Objekt, nach absorbierendem intergalaktischen Gas Ausschau zu halten.

In der gestrigen Ausgabe des Astrophysical Journal, berichten Charles Danforth und Shull von Beobachtungen von 28 Pfaden zu solchen Quasaren. Ihre Analyse stellt die bisher detaillierteste Beobachtung des IGMs, in der Umgebung bis etwa vier Milliarden Lichtjahre von der Erde entfernt, dar. 

Baryonen sind Protonen, Neutronen und andere subatomare Teilchen, aus denen die gewöhnliche Materie, wie etwa Wasserstoff, Helium und schwerere Elemente bestehen. Baryonische Materie formt Sterne, Planeten, Monde sowie interstellares Gas und Staub, aus dem neue Sterne geboren werden.

Astronomen weisen darauf hin, dass baryonische Materie nicht mit "Dunkler Materie" verwechselt werden darf. Diese rätselhafte und exotische Form der Materie kann nur durch ihre Anziehungskraft entdeckt werden.

Danforth und Shull, vom Department of Astrophysical and Planetary Sciences an der University of Colorado in Boulder, schauten nach der fehlenden baryonischen Materie, indem sie das Licht von entfernten Quasaren (dem hellen Kern von Galaxien mit einem aktiven Schwarzen Loch) auf spinnennetzartige Strukturen hin untersuchten, welche den augenscheinlich unsichtbaren Raum zwischen den Galaxien durchzieht, so wie eine Lampe durch den Nebel scheint. 

Mithilfe des Space Telescope Imaging Spectrograph (STIS), an Bord von NASAs Hubble Weltraumteleskop, und NASAs Far Ultraviolet Spectroscopic Explorer (FUSE), fanden die Astronomen heißes Gas, zumeist Sauerstoff und Wasserstoff, was eine dreidimensionale Untersuchung des intergalaktischen Raums ermöglichte. STIS und FUSE fanden die spektralen "Fingerabdrücke" von Sauerstoff und Wasserstoff, welches das Licht der Quasare überlagerte.

Es wurde gemessen, dass das helle Licht der Quasare, mehr als 650 Fäden Wasserstoff des kosmischen Netzes durchdrang. 83 Fäden wurden durch stark ionisierten Sauerstoff geschnürt, bei dem fünf Elektronen fehlen.

Man nimmt an, dass die Gegenwart von stark ionisiertem Sauerstoff (und anderen Elementen) zwischen den Galaxien, auf große Mengen unsichtbaren, heißen, ionisierten Wasserstoff im Universum zurückzuführen ist. Die enormen Mengen Wasserstoff entzogen sich ihrer Entdeckung, weil sie zu heiß sind, um im sichtbaren Licht gesehen und noch zu kalt, um im Röntgenbereich, gesehen werden zu können.

Die Sauerstoff  "Spur" wurde wahrscheinlich durch explodierende Sterne in Galaxien gelegt, als diese Sauerstoff in den intergalaktischen Raum schleuderten, wo dieser sich durch eine Schockwelle mit dem existierenden Wasserstoff vermischte, was den Sauerstoff auf sehr hohe Temperaturen erhitzte. 

Das Team fand auch heraus, dass etwa 20 Prozent der Baryonen sich in den leeren Räumen zwischen den netzartigen Filamenten befinden. Innerhalb dieser Leerräume könnten sich dunkle Zwerggalaxien und Materiebüschel befinden,  aus denen sich in Milliarden Jahren Sterne und Galaxien entwickeln könnten.

Die Untersuchung dieses riesigen kosmischen Netzes wird eines der Hauptziele für den Cosmic Origins Spectrograph (COS) sein. Der COS ist ein neues wissenschaftliches Instrument, dass Astronauten auf dem Hubble Teleskop, während der Wartungsmission 4, die später in diesem Jahr stattfinden soll, installieren werden.

"COS erlaubt es uns stabilere und detailliertere Proben des kosmischen Netzes zu untersuchen", sagt Shull . "Wir glauben, dass COS noch wesentlich mehr der fehlenden, baryonischen Materie finden wird."

"Unser Ziel ist es, die Existenz des kosmischen Netzes zu bestätigen, indem wir seine Struktur aufzeichnen, den Anteil schwerer Elemente darin bestimmen und seine Temperatur messen. Die Untersuchung des kosmischen Netzes gibt uns Informationen darüber, wie Galaxien sich mit der Zeit entwickeln."

Das COS Team hofft weitere 100 Quasare zu beobachten, und einen Überblick von mehr als 10.000 Wasserstoff Fäden im kosmischen Netz zu erstellen, von denen viele aus schweren Elementen früher Sterne gebildet wurden.

Quelle: Hubble Site

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